克泥效工法

克泥效技术

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  • 分类:克泥效技术
  • 发布时间:2020-06-17 00:00:00
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概要:克泥效工法近年来,在盾构施工沉降控制中的应用经统计有300多施工案例,在盾构下穿楼房、铁路、既有线、管线等构筑物沉降控制效果明显,涉及的地层有淤泥质粘土、粉砂、粉质粘土、粉土、湿陷性黄土、砂卵石、强风化等
概要:克泥效工法近年来,在盾构施工沉降控制中的应用经统计有300多施工案例,在盾构下穿楼房、铁路、既有线、管线等构筑物沉降控制效果明显,涉及的地层有淤泥质粘土、粉砂、粉质粘土、粉土、湿陷性黄土、砂卵石、强风化等
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克泥效工法

 

  克泥效工法近年来,在盾构施工沉降控制中的应用经统计有300多施工案例,在盾构下穿楼房、铁路、既有线、管线等构筑物沉降控制效果明显,涉及的地层有淤泥质粘土、粉砂、粉质粘土、粉土、湿陷性黄土、砂卵石、强风化等。

 

一、克泥效材料

  “克泥效”材料是由合成黏土矿物、胶体稳定剂和分散剂合成的一种粉剂材料。该材料与水按照比例拌合成浆液后,与水玻璃混合搅拌,能胶结成不易被水稀释、有一定支撑力、低强度的永不凝固的黏土。

 

克泥效粉剂拌合的A液浆与B液(水玻璃)胶结之后的状态

 

  克泥效与水玻璃形成的粘土十字板剪切实验

 

                                          

 

二、克泥效在盾构施工沉降控制中的应用

1.盾构施工过程中的五个沉降阶段分析

 

 

如上图所示:

第一阶段沉降:盾构机到达前的沉降

  盾构到达前,盾构推进土压力波动、地下水位下降等因素产生土体固结或者失水引起的沉降。

第二阶段:盾构到达时沉降(刀盘上方沉降)

  盾构机到达时,开挖面水土压力不平衡,造成地层的隆起或下陷。

第三阶段:盾构机通过时的沉降

  盾构机开挖直径大于盾尾直径,造成盾构机掘进过程中壳体外会产生间隙,从而使盾构机壳体上方土体发生沉降;此外,围岩土体之间剪切的错动造成的扰动,也会发生沉降。

第四阶段:盾构机盾尾脱出管片时的沉降

  由于围岩土体失去支撑后,管片背面没有及时注入浆液或者注入的饱和度不够,导致间隙沉降。

第五阶段:工后沉降

  前期土层扰动固结引起的沉降;同步注浆散失引起的沉降。

 

2.盾构机通过时的沉降分析与“克泥效”的应用

  盾构机外壳外表面存在因为刀盘超挖产生的间隙。土体在自重的因素下,容易产生下陷,尤其软弱地层浅覆土施工或盾构机下穿构筑物时,为减少上方土体扰动,在间隙填充一些材料可以控制土体的沉降,这些填充材料应具备以下特征:

(1)材料在必须有良好的流动性。如材料缺乏良好的流动性,就无法流淌到盾构机外壳所有的间隙,不能进行对盾构机外壳进行有效包裹。而如果用塑性材料直接向盾构机外壳外间隙压注,材料只能在盾构机外壳径向周围局部扩散,注入压力难以控制,并且容易造成土体隆起。在下穿基础差的的构筑物时,土体隆起的危害往往会大于土体下陷的危害。

(2)材料填满间隙后,材料应具有一定承载力,以支撑住土体的下陷。但该材料强度要低,如果强度高,会大幅度增加盾构机推力和卡住盾构机,还会造成盾构机姿态难以控制的问题。

(3)材料应具有一定的防水性,不易被水稀释。

(4)需要有一定润滑性,减少盾构机壳体与土体之间剪切的错动,降低盾构机推力。

 

盾构机壳体外的间隙

 

3.“克泥效”材料能够完全满足上述要求的条件,其特点和优势如下:

(1)“克泥效”是一种双液注浆材料:在施工时,先将克泥效粉料与水按一定比例拌合成浆液,然后与水玻璃边混合边向盾构机外壳外间隙进行填注,填注后4—5秒钟开始开始塑化胶结,混合液在填注时流动性很强,极易对盾构机外壳外间隙进行有效填充。

(2)在填注20-30秒后“克泥效”材料开始塑化胶结成塑状黏土。在应用于沉降控制时,“克泥效”胶结后的胶化体黏度一般可通过配比调整在300-350dPas(牙膏300 dPas;发蜡400 dPas)。强度比较低。

(3)胶结后的“克泥效”材料不易被水稀释,且具有一定润滑性,有利于盾构机的掘进;

(4)盾构机外壳外的材料填充,有效的阻隔了同步注浆串浆到刀盘;盾构机壳体外形成的克泥效泥膜会与土层胶结在一起,减少了盾构同步注浆的浆液渗透到土层中,使同步注浆能达到更好的填充作用,从而达到辅助第四阶段的沉降控制效果。

 

克泥效注浆设备

 

4.盾构机壳体外克泥效浆液填充间隙计算

D1刀盘开挖直径

D2盾尾直径

α填充系数(填充系数是根据不同的地质与克泥效浆液配比的不同而做选择,克泥效配比是根据地质和盾构机壳体外的间隙做调整)

 

5.案例介绍

  台湾桃园机场捷运CU02A标盾构机下穿机场跑道

  项目概况:

  桃园机场捷运 CU02A 标位于桃园县大园乡,东起南崁溪东侧之明挖覆盖隧道,穿越南崁溪后进入桃园机场下方,穿越东、西滑行道并经过一、二航站及塔台等,西至埔心溪西侧明挖覆盖隧道,全长约5 km 皆为地下工程,其中包含 3 座地下车站站体挡土开挖、10条盾构隧道(上、下行各5 段)及5 处明挖覆盖隧道。该项目采用8台6.24土压平衡盾构机施工。下穿机场跑道段卵砾石地质,水位为-8米,隧道顶部覆土约25米。

 

  盾构正常掘进时,前方和中心沉降量在1.3毫米左右;掘进到57环时由盾构机中盾12点位置的径向孔注入克泥效材料,经过15环左右的盾构机壳体填充,沉降值控制在0.2-0.3毫米。

 

克泥效注浆

 

克泥效工法2019年在国内应用典型案例

  1. 昆明地铁四号线:中铁五局施工,中国中铁2019年第一大风险源,砂卵石地层小间距下穿既有线  
  2. 佛莞城际:中铁二十局施工,8.8米盾构下穿100米楼房,上软下硬地层
  3. 长沙地铁6号线:中交一公局施工,底部中风化泥质粉砂岩,上部强风化泥质粉砂岩
  4. 杭州杭海城际:中铁四局施工,淤泥质粘土,下穿既有线
  5. 郑州地铁17号线:中铁八局施工,粉质粘土层,下穿铁路
  6. 徐州地铁2号线:中铁十四局施工,粉质粘土/砂卵石,长距离浅覆土下穿楼房

 

总结:克泥效除了在沉降控制中应用之外,在盾构始发与接收时止水、带压与常压开仓泥膜建立、停机保压等方面应用也比较广泛。

关键词: 克泥效

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